兼顾转轮效率和磨损情况的叶片安放角度非线性设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111396229A(43)申请公布日2020.07.10(21)申请号202010190077.5(22)申请日2020.03.18(71)申请人武汉大学地址430072湖北省武汉市武昌区八一路299号(72)发明人郭志伟赵子龙钱忠东(74)专利代理机构湖北武汉永嘉专利代理有限公司42102代理人程力(51)Int.Cl.F03B3/12(2006.01)G06F30/17(2020.01)G06F30/20(2020.01)G06F111/10(2020.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称兼顾转轮效率和磨损情况的叶片安放角度非线性设计方法(57)摘要本发明公开了一种兼顾转轮效率和磨损情况的叶片安放角度非线性设计方法，转轮叶片安放角度采用非线性的变化规律来调节转轮叶片沿流线方向能量转化，转轮叶片安放角度基于幂函数变化；当n<1时，水轮机的效率提高；当n>1时，水轮机叶片的抗磨损性能有明显的增加；根据水轮机的运行条件选择n<1或者n>1，进行转轮叶片安放角度设计。该方法针对不同运行条件，可以选取合理的指数，以达到优化水轮机运行效率以及抗磨损性能的效果，通过大量的理论分析与数值模拟验证，能够有效地服务于水轮机转轮设计过程。CN111396229ACN111396229A权利要求书1/1页1.一种兼顾转轮效率和磨损情况的叶片安放角度非线性设计方法，其特征在于：转轮叶片安放角度采用非线性的变化规律来调节转轮叶片沿流线方向能量转化，转轮叶片安放角度基于幂函数变化，其中，βx为水轮机沿流线方向相对位置x处叶片的安放角度，β进口为水轮机进口的叶片安放角度，β出口为水轮机出口的叶片安放角度，n为指数项；当n<1时，水轮机的效率提高，相同过流量，额定出力增大；当n>1时，水轮机的效率有所下降，但是水轮机叶片的抗磨损性能有明显的增加；根据水轮机的运行条件选择n<1或者n>1，进行转轮叶片安放角度设计。2.如权利要求1所述的兼顾转轮效率和磨损情况的叶片安放角度非线性设计方法，其特征在于：水轮机在清水条件运行时，选择n<1，提高水轮机的效率，相同过流量，额定出力增大。3.如权利要求1所述的兼顾转轮效率和磨损情况的叶片安放角度非线性设计方法，其特征在于：水轮机在含沙水流条件运行时，选择n>1，提高转轮的抗磨损性能。2CN111396229A说明书1/3页兼顾转轮效率和磨损情况的叶片安放角度非线性设计方法技术领域[0001]本发明属于水利水电领域，具体涉及一种兼顾转轮效率和磨损情况的叶片安放角度非线性设计方法。背景技术[0002]水电资源是一种清洁的可再生能源，水电资源的开发利用途径主要是修建水电站，水电站的核心部件是水轮机。水轮机作为电站的核心部件，其运行效率直接关系到电站的经济效益，一般情况下电站转轮处于高效区运行，但是在含沙条件下，即水流中含有较多的泥沙颗粒时，泥沙颗粒会撞击水轮机过流部件表面对水轮机过流部件表面造成磨损，进一步使得水轮机运行效率大幅度下降。因此对水轮机进行优化设计，特别是转轮(水轮机的核心部件)的设计是尤为必要的。[0003]以往在对水轮机转轮进行设计时，依据电站设计水头以及流量，确定转轮的基本参数，如转轮进出口直径、叶片数、转轮转速、转轮进口流道高度、转轮叶片进出口安放角度。确定了水轮机转轮的基本参数后，需要进一步指定转轮叶片所采用的基本翼型与叶片进出口安放角变化规律，构建转轮的三维模型。通常转轮叶片进出口安放角采用线性变化规律，即转轮叶片安放角沿着流线方向是线性变化的，但是线性变换有时不能更好的考虑外部条件变化。发明内容[0004]本发明的目的是提供一种兼顾转轮效率和磨损情况的叶片安放角度非线性设计方法，该方法针对不同运行条件，可以选取合理的指数，以达到优化水轮机运行效率以及抗磨损性能的效果，通过大量的理论分析与数值模拟验证，能够有效地服务于水轮机转轮设计过程。[0005]本发明所采用的技术方案是：[0006]一种兼顾转轮效率和磨损情况的叶片安放角度非线性设计方法，转轮叶片安放角度采用非线性的变化规律来调节转轮叶片沿流线方向能量转化，转轮叶片安放角度基于幂函数变化：[0007][0008]其中，βx为水轮机沿流线方向相对位置x处叶片的安放角度，β进口为水轮机进口的叶片安放角度，β出口为水轮机出口的叶片安放角度，n为指数项；[0009]当n＝1时，转轮叶片进出口安放角采用线性变化规律，具有局限性，因此舍弃；当n<1时，水轮机的效率提高，相同过流量，额定出力增大；当n>1时，水轮机的效率有所下降，但是水轮机叶片的抗磨损性能有明显的增加；根据水轮机的运行条件选择n<1或者n>1，进行转轮叶片安放角度设计。3CN111396229A说明